1. 旋转矩阵
1.1 点、向量和坐标系
点:点是空间中的基本元素,没有长度,没有体积;
向量:把两个点连接起来,就构成了向量,向量可以看成从某点指向另一点的一个箭头;只有当我们指定这个三维空间中的某个坐标系时,才可以谈论该向量在此坐标系下的坐标;默认向量就是列向量;
坐标系:三根不共面的轴,坐标系的三根坐标轴的方向向量就是基,坐标系能用它的基来表示;
标准正交基:两两正交、单位长度(基就是张成这个空间的一组线性无关的向量。
任意向量在基下的坐标(坐标 + 坐标系可以表示向量)。
机器人中有各种各样的坐标系
- 世界系 World、机体系 Body、传感器参考系 Sensor
向量点乘和叉乘
点乘(内积):结果是一个数
叉乘(外积):结果是一个向量,方向垂直于这两个向量,大小为 |a||b|sin<a,b>
通过上述等式,我们引入符号^,把 写成矩阵, 实际上是一个反对称矩阵,可以把写成矩阵与向量的乘法 ,变成线性运 算。此符号是一个一一映射,意味着任意向量都对应着唯一的一个反对称矩阵,反之亦然:
2. 坐标系间的欧式变换
2.1 欧式变换之旋转
1. 两个坐标系间的欧式变换
我们经常在实际场景中定义各种各样的坐标系,如果考虑运动的机器人(即相机),那么常见的做法是设定一个惯性坐标系(或者叫世界坐标系),可以认为它是固定不动的。
刚体运动: 两个坐标系之间的运动变换由一个旋转加上一个平移组成,这种运动就是刚体运动。相机运动就是一个刚体运动。刚体运动过程中,同一个向量在各个坐标系下的长度和夹角都不会发生变化。此时,我们说手机坐标系和世界坐标系之间,相差了一个欧氏变换(Euclidean Transform)。
旋转矩阵也有一些特别的性质,我们通过矩阵R的行列式可以看出,它是一个行列式为1的正交矩阵。反过来说,行列式为1的正交矩阵也是一个旋转矩阵
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